Motor de fotones

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Motor de fotones  : un motor de cohete hipotético , donde la fuente de energía es un cuerpo que emite luz . El fotón tiene un impulso y, en consecuencia, cuando sale del motor , la luz crea un impulso de chorro . Teóricamente, un motor de fotones puede desarrollar el máximo empuje posible para un motor a reacción en términos de la masa gastada de la nave espacial, lo que le permite alcanzar velocidades cercanas a la velocidad de la luz , pero el desarrollo práctico de tales motores, aparentemente, es una cuestión. del futuro lejano.

Motor de fotones de aniquilación

La idea más discutida y referenciada en la literatura de ciencia ficción es la idea de construir un motor de este tipo utilizando antimateria . Los entusiastas creen que la interacción de la materia y la antimateria hace posible convertir en radiación casi toda la masa que entra en las reacciones .

Para un cohete de fotones con una velocidad de escape, la fórmula de Tsiolkovsky tiene la forma:

La velocidad de un cohete de fotones se calcula mediante la fórmula:


Sin embargo, cabe señalar que la formulación común en la literatura “ los cuantos gamma se liberan durante la aniquilación ” es, en principio, físicamente incorrecta. Los rayos gamma se emiten directamente solo durante la aniquilación electrón-positrón [ 1] . En el caso de la aniquilación de un par protón-antiprotón en reposo (no relativista), ocurre una reacción en cadena compleja: la formación de un mesoátomo (a menudo) hadrónico con una vida útil de aproximadamente 10 −27 segundos, luego la descomposición de este átomo ( aniquilación misma ) con la formación de un complejo de piones que consta de 2-12 (en promedio 5-7) neutros (1/3) y cargados (2/3) pi-mesones (piones), luego en un tiempo de aproximadamente 10 - 17 segundos, los piones neutros se desintegran con la liberación de gamma quanta con un pico de energía en el espectro de aproximadamente 70 MeV, mientras que los piones cargados, que tienen una vida útil mucho más larga, hasta ~1,5 × 10 −4 segundos, se eliminan en cerca de 70 MeV. velocidades de la luz de la región de reacción (en el vacío y materia enrarecida, por ejemplo, grafito  , aproximadamente 0,1-0,2 m) y luego se desintegran con la formación de muones, que a su vez se descomponen (principalmente el 99,998 %, el canal de desintegración) en neutrinos y electrones .

Por lo tanto, durante la aniquilación de la antimateria  , es decir, una sustancia que consta de antiprotones y positrones, aproximadamente 1/3 de la energía se liberará en forma de radiación gamma dura con una energía fotónica de 511 keV (de la aniquilación de positrones y electrones ). y 70 MeV de la desintegración de los piones neutros, ~ 1/3 de la energía está en forma de partículas cargadas con un alcance suficientemente largo, y ~ 1/3 está en forma de neutrinos , es decir, se perderá irremediablemente . Y un motor de cohete de antimateria "real" debería verse más como una trampa magnética para partículas cargadas, y no como una especie de "espejo".

Con un retorno de masa tan bajo, alrededor del 23% [2] , la operación de un motor de fotones se vuelve menos rentable. Aumentar significativamente su eficiencia permite el uso de recursos externos . Un motor de fotones de aniquilación de flujo directo y trampas magnéticas que recogen el hidrógeno y el helio dispersos en el medio interestelar permiten reducir significativamente las reservas de la sustancia de trabajo. Desafortunadamente, la cantidad de antimateria en el medio interestelar es muy pequeña, del orden de un átomo de antihidrógeno o antihelio por 5 × 10 6 átomos de hidrógeno ordinario, lo que hace imposible utilizar este recurso externo. Por lo tanto, el problema de obtener una gran masa de antimateria y almacenarla a bordo sigue siendo relevante para un motor de fotones de aniquilación de flujo directo. [3]

Problemas técnicos

En su estado actual, la idea de un motor a reacción fotónico está muy lejos de la implementación técnica. Contiene una serie de problemas que no pueden resolverse ni siquiera teóricamente ahora. Eso:

  1. El problema de obtener una gran cantidad de antimateria .
  2. problema de almacenamiento
  3. El problema del uso completo durante la "quema" es que la aniquilación ocurra por completo, y principalmente con la liberación de fotones precisos .
  4. El problema de crear un "espejo" capaz de reflejar muy bien la radiación gamma y otros productos de aniquilación.

Motor de fotones en monopolos magnéticos

Si algunas variantes de las Grandes Teorías Unificadas son válidas , como el modelo 't Hooft-Polyakov , entonces es posible construir un motor de fotones que no use antimateria, ya que un monopolo magnético hipotéticamente puede catalizar la desintegración de un protón [4 ] [5] en un positrón y un mesón π 0 :

π 0 se descompone rápidamente en 2 fotones, y el positrón se aniquila con un electrón, como resultado, el átomo de hidrógeno se convierte en 4 fotones, y solo queda sin resolver el problema del espejo.

Al mismo tiempo, los monopolos magnéticos están ausentes en la mayoría de las teorías modernas de la Gran Unificación, lo que arroja dudas sobre esta atractiva idea.

Menciones en ciencia ficción

El impulso de fotones en la realidad

Según una de las hipótesis, la aceleración anómala de las naves espaciales Pioneer-10 y Pioneer-11 es causada por la anisotropía de la radiación térmica de la nave espacial. Si es así, entonces se arregla un efecto similar a un motor de fotones de esta manera. Del mismo modo, al determinar los parámetros del campo gravitatorio terrestre a partir de las trayectorias de los satélites geofísicos LAGEOS , se incluyen en los cálculos la presión de la luz solar (vela solar ) y la anisotropía de la radiación térmica de los satélites.

Véase también

Notas

  1. ↑ Si no se tiene en cuenta la interacción débil. Teniendo esto en cuenta, no solo habrá cuantos gamma. Los muones y tau también pueden aniquilarse directamente en rayos gamma .
  2. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov - Cohetes del futuro. — M.: Atomizdat , 1980. p. 138.
  3. ↑ V. Burdakov, Yu. Danilov - Cohetes del futuro. — M.: Atomizdat , 1980. p. 137-145.
  4. ↑ Curtis G. Callan, Jr. Dinámica de Dyon-fermion  (inglés)  // Phys. Rvdo. D  : diario. - 1982. - vol. 26 , núm. 8 _ - Pág. 2058-2068 . -doi : 10.1103 / PhysRevD.26.2058 .
  5. ↑ BV Sreekantan. Búsquedas de decaimiento de protones y monopolos magnéticos superpesados  ​​//  Revista de astrofísica y astronomía : diario. - 1984. - vol. 5 . - Pág. 251-271 . -doi : 10.1007/ BF02714542 . - . Archivado desde el original el 24 de septiembre de 2015.
  6. ↑ I. A. Efremov "La nebulosa de Andrómeda" Copia de archivo fechada el 23 de marzo de 2012 en Wayback Machine .

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